Relace a kongruence modulo

Transkript

1 Relace a kongruence modulo Jiří Velebil: X01DML 5. listopadu 2010: Relace a kongruence modulo 1/17

2 Definice Binární relace R na množině A je podmnožina R A A. Píšeme x R y (čteme: x je v relaci R s y) místo (x, y) R. Příklad Ať A = {a, b, c}. Příklady binárních relací na A: 1 R = {(a, b), (c, a)}. Platí a R b a také c R a. 2 A = {(a, a), (b, b), (c, c)}. Platí x A y právě, když x = y. Název: diagonála na A nebo identita na A. 3 A A je binární relace na A. Je to největší možná binární relace na množině A. Platí x (A A) y právě tehdy, když x, y A. 4 je binární relace na A. Je to nejmenší možná binární relace na množině A. Pro žádnou dvojici (x, y) neplatí x y. Jiří Velebil: X01DML 5. listopadu 2010: Relace a kongruence modulo 2/17

3 Relaci R budeme chtít chápat dvěma různými způsoby: 1 Jako seznam dvojic (x, y), kdy se x má slepit s y. Takovým relacím R se říká relace ekvivalence. Relace ekvivalence musí mít speciální vlastnosti. 2 Jako seznam dvojic (x, y), kdy x je menší nebo rovno y. Takovým relacím R se říká relace uspořádání. Relace částečného uspořádání musí mít speciální vlastnosti. Jiří Velebil: X01DML 5. listopadu 2010: Relace a kongruence modulo 3/17

4 Definice Řekneme, že binární relace R na množině A je: 1 Reflexivní, když pro všechna x A platí: x R x. 2 Symetrická, když pro všechna x, y A platí: jestliže x R y, pak y R x. 3 Transitivní, když pro všechna x, y, z A platí: jestliže x R y a současně y R z, pak x R z. 4 Antisymetrická, když pro všechna x, y A platí: jestliže x R y a současně y R x, pak x = y. 5 Relace ekvivalence, pokud je reflexivní, symetrická a transitivní současně. 6 Relace uspořádání, pokud je reflexivní, antisymetrická a transitivní současně. Jiří Velebil: X01DML 5. listopadu 2010: Relace a kongruence modulo 4/17

5 Definice Ať R a S jsou binární relace na množině A. 1 Opačná relace k relaci R je binární relace značená R op s vlastností x R op y právě tehdy, když y R x. 2 Složení relací R a S je binární relace značená R; S s vlastností x R; S y právě tehdy, když existuje z A takové, že x R z a současně z S y. Prvku z říkáme prostředník vztahu x R; S y. Jiří Velebil: X01DML 5. listopadu 2010: Relace a kongruence modulo 5/17

6 Tvrzení Ať R je binární relace na množině A. Pak platí: 1 Relace R je reflexivní právě tehdy, když platí A R. 2 Relace R je symetrická právě tehdy, když platí R = R op. 3 Relace R je transitivní právě tehdy, když platí R; R R. 4 Relace R je antisymetrická právě tehdy, když platí R R op A. Jiří Velebil: X01DML 5. listopadu 2010: Relace a kongruence modulo 6/17

7 Příklad Čtverec S v rovině: A D B C 1 Binární relace R na S: dva body P 1, P 2 čtverce S jsou v relaci R právě tehdy, když platí buď P 1 = P 2 nebo P 1 i P 2 leží na hranici. R je relace ekvivalence a dává návod, jak slepit body čtverce: slepte všechny body hranice do jednoho a uvnitř čtverce neslepujte nic. Výsledná faktorová množina S/R (množina S slepená podle návodu R) je povrch koule, neboli sféra. Jiří Velebil: X01DML 5. listopadu 2010: Relace a kongruence modulo 7/17

8 Příklad (pokrač.) 2 Binární relace R na S taková, že chceme slepit pouze body na úsečce AB s odpovídajícími body na úsečce CD podle symetrie dané osou o A o D B C Faktorová množina je válcová plocha. Jiří Velebil: X01DML 5. listopadu 2010: Relace a kongruence modulo 8/17

9 Příklad (pokrač.) 3 Binární relace R na S taková, že chceme slepit pouze body na úsečce AB s odpovídajícími body na úsečce CD podle symetrie dané bodem S A D S Faktorová množina je Möbiův list. B C Jiří Velebil: X01DML 5. listopadu 2010: Relace a kongruence modulo 9/17

10 Příklad (pokrač.) 4 Binární relace R taková, že chceme slepit pouze body na úsečce AB s odpovídajícími body na úsečce CD podle symetrie dané osou o a body úsečky BC s odpovídajícími body úsečky DA podle symetrie dané bodem S (Möbiův list na válcové ploše): o A D S B C Faktorová množina je Kleinova láhev. a a Kleinova láhev není třídimensionální objekt! Jiří Velebil: X01DML 5. listopadu 2010: Relace a kongruence modulo 10/17

11 Shrnuto: 1 Relace ekvivalence R na X je návod, jak se mají slepovat prvky množiny X. 2 Po dvojici X, R se můžeme procházet, přičemž relace R nám pokazila zrak. 3 Faktorová množina X /R je množina, kde jsme předepsané dvojice bodů skutečně slepili. Jiří Velebil: X01DML 5. listopadu 2010: Relace a kongruence modulo 11/17

12 Shrnuto: 4 Body (prvky) množiny X /R? Slepíme každý bod x X se všemi body x, se kterými nám přikazuje relace R bod x slepit: [x] R = {x X x R x } Množině [x] R se říká třída ekvivalence R representovaná prvkem x. Tedy: X /R = {[x] R x X } Více viz: skripta a sbírka řešených příkladů. Jiří Velebil: X01DML 5. listopadu 2010: Relace a kongruence modulo 12/17

13 Definice Ať m > 1 je pevné přirozené číslo. Řekneme, že celá čísla a a b jsou kongruentní modulo m, (značíme a b (mod m)), pokud existuje celé číslo k takové, že a b = k m. Poznámka Vztah a b (mod m) platí iff a i b mají stejný zbytek po dělení číslem m. Jiří Velebil: X01DML 5. listopadu 2010: Relace a kongruence modulo 13/17

14 Tvrzení Ať m > 1 je pevné přirozené číslo. Potom platí: 1 m je relace ekvivalence na množině celých čísel, tj. je reflexivní, symetrická a transitivní. 2 m respektuje operaci sčítání, tj. pro všechna celá čísla a, b, a, b platí: jestliže platí a b (mod m) a současně a b (mod m), pak platí a + a b + b (mod m). 3 m respektuje operaci násobení, tj. pro všechna celá čísla a, b, a, b platí: jestliže platí a b (mod m) a současně a b (mod m), pak platí a a b b (mod m). Jiří Velebil: X01DML 5. listopadu 2010: Relace a kongruence modulo 14/17

15 Důsledek Množinu celých čísel lze slepit pomocí kongruence modulo m. Příslušnou faktorovou množinu označíme Z m. Lemma Ať m > 1 je pevné přirozené číslo. Potom množina Z m má přesně m různých prvků: Z m = {[0] m, [1] m,..., [m 1] m }. Říkáme jim standardní tvary prvků Z m. Příklad Z 6 = {[0] 6, [1] 6, [2] 6, [3] 6, [4] 5, [5] 6 }. Platí například [2] 6 = [8] 6 = [ 4] 6. Zjednodušené značení: 2 = 8 = 4 v Z 6. Jiří Velebil: X01DML 5. listopadu 2010: Relace a kongruence modulo 15/17

16 Příklad (pokrač.) 6 respektuje sčítání. Tabulka pro sčítání v Z 6 : 6 [0] 6 [1] 6 [2] 6 [3] 6 [4] 6 [5] 6 [0] 6 [0] 6 [1] 6 [2] 6 [3] 6 [4] 6 [5] 6 [1] 6 [1] 6 [2] 6 [3] 6 [4] 6 [5] 6 [0] 6 [2] 6 [2] 6 [3] 6 [4] 6 [5] 6 [0] 6 [1] 6 [3] 6 [3] 6 [4] 6 [5] 6 [0] 6 [1] 6 [2] 6 [4] 6 [4] 6 [5] 6 [0] 6 [1] 6 [2] 6 [3] 6 [5] 6 [5] 6 [0] 6 [1] 6 [2] 6 [3] 6 [4] 6 Zjednodušené značení: místo [3] 6 [4] 6 = [1] 6 budeme psát = 1 v Z 6 Jiří Velebil: X01DML 5. listopadu 2010: Relace a kongruence modulo 16/17

17 Příklad (pokrač.) 6 respektuje násobení. Tabulka násobení v Z 6 : 6 [0] 6 [1] 6 [2] 6 [3] 6 [4] 6 [5] 6 [0] 6 [0] 6 [0] 6 [0] 6 [0] 6 [0] 6 [0] 6 [1] 6 [0] 6 [1] 6 [2] 6 [3] 6 [4] 6 [5] 6 [2] 6 [0] 6 [2] 6 [4] 6 [0] 6 [2] 6 [4] 6 [3] 6 [0] 6 [3] 6 [0] 6 [3] 6 [0] 6 [3] 6 [4] 6 [0] 6 [4] 6 [2] 6 [0] 6 [4] 6 [2] 6 [5] 6 [0] 6 [5] 6 [4] 6 [3] 6 [2] 6 [1] 6 Zjednodušené značení: místo [3] 6 [4] 6 = [0] 6 budeme psát 3 4 = 0 v Z 6 Jiří Velebil: X01DML 5. listopadu 2010: Relace a kongruence modulo 17/17